JP4033642B2 - 指向アンテナ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体から送信される電波を指向アンテナで自動追尾して受信する指向アンテナ駆動装置、或いは移動体から基地局等に随時指向アンテナを向けて電波を送信するための指向アンテナ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示したように、飛行体１から撮影した映像は、搬送波に重畳して送信用指向アンテナ１ａから基地局に向けて送信され、基地局２では受信用指向アンテナ２ａで飛行体１の指向アンテナから送信される電波を自動追尾して受信している。受信用又は送信用アンテナには、所定の方向にアンテナを向ける指向アンテナ駆動装置１ｂ，２ｂが設けられている。従来の指向アンテナ駆動装置について、図５，図６を参照して説明する。
【０００３】
図５，図６の指向アンテナ駆動装置は、例えば指向性送信アンテナ１ａ（２ａ）とその駆動装置１ｂ（２ｂ）とからなり、指向性送信アンテナ１ａは、基台３に軸受４により回転自在に設けられた回転体である台座５に支持板６が立設され、支持板６間に軸７ａでホーンアンテナ１ａ（２ａ）が回動自在に支持されている。軸７ａの一端部には、従動歯車７ｂが設けられ、従動歯車７ｂに噛合する駆動歯車７ｃが垂直駆動用モータ８の回転軸に設けられている。垂直駆動用モータ８は、回転体である台座５に設けられている。軸７ａの他端部には、垂直位置センサ１６が設けられている。回転体である台座５には、従動ベルト車５ａが設けられ、従動ベルト車５ａと駆動ベルト車１０とにタイミングベルト９が掛け渡され、駆動ベルト車１０は水平駆動用モータ１１の回転軸に固定されている。台座５の水平位置を検出する水平位置センサ１７が台座５の周縁部に隣接して設けられている。
【０００４】
ホーンアンテナ１ａのケーブルは、ロータリージョイント１４を介して送信機又は受信機１９に接続されている。一方、台座５に設けられた垂直駆動用モータ８と垂直位置センサ１６のそれぞれの配線８ａ，１６ａは、ホーンアンテナ１ａ（２ａ）と一体となって回転するため、台座５に設けられた開口部５ｂに挿通されて、スリップリング１３に直接接続され、かつ配線８ｂ，１６ｂが基台３に設けられた開口部３ａから挿入されて、ブラシ１２を介してスリップリング１３に接触している。スリップリング１３は、台座５の回転に連れて回転する。配線８ｂ，１６ｂは、制御装置２０にそれぞれ接続され、かつ水平駆動用モータ１１と水平位置センサ１７の各配線１１ａ，１７ａが制御装置２０に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の指向アンテナ駆動装置では、垂直駆動用モータ８と垂直位置センサ１６との配線８ａ，１６ａがスリップリング１３に接続され、スリップリング１３はブラシ１２と接触することにより配線８ｂ，１６ｂを介して制御装置２０に接続されている。台座５が回転するとスリップリング１３が回転し、ブラシ１２はスリップリング１３に摺り合わされて電気的に接続されている。従って、ブラシ１２が摩耗して接触不良を発生することがあり、指向アンテナ１ａ（２ａ）の垂直方向の角度の調整ができなくなる欠点があった。さらに、垂直駆動用モータ８の配線８ｂがブラシ１２でスリップリング１３に接触させて電源電圧が供給されており、ブラシ１２がスリップリング１３に摺動する際に火花が発生し、ノイズが発生して搬送波に重畳したり、ノイズがデジタル機器に障害を与えるおそれもあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、耐久性があり、かつノイズを発生しない信頼性の高い送信又は受信用指向アンテナの指向アンテナ駆動装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためになされ、請求項１の発明は、移動体に搭載して送信又は受信用指向アンテナを所定方向に向ける指向アンテナ駆動装置において、
基台に設けられ、該指向アンテナを水平方向に回転させる第１の回転体と、
該第１の回転体と等しい回転軸中心に、該指向アンテナの垂直方向の角度を設定するため水平方向に回転させる第２の回転体と、
前記指向アンテナの後端部を引張りバネで前記第１の回転体に接続するとともに、該後端部に設けたカムフォロアーと接触させて該指向アンテナの垂直方向の角度を設定するための前記第２の回転体の一部に湾曲に沿って設けられ、該接触部分を傾斜部としたカム板と、
前記第１と第２の回転体を双方向に回転させて該指向アンテナの方位角及び／又は垂直方向の角度を調整する第１と第２の駆動手段と、
前記第１と第２の駆動手段を制御して該指向アンテナの方位角及び垂直方向の角度を設定する制御手段とを備え、
前記指向アンテナのケーブルを前記基台内に設けたロータリージョイントを介して送受信機に接続するとともに、前記第１と第２の駆動手段は該基台外周に設けて前記制御手段に接続することを特徴とする指向アンテナ駆動装置である。
【０００８】
請求項１の発明では、送信又は受信用指向アンテナの駆動装置であって、回転軸中心を共通とする第１と第２の回転体を備え、第１の回転体に指向アンテナが設けられており、第１の回転体を回転させることで、指向性アンテナの方位角θｂを設定することができ、第２の回転体を回転させることで、指向アンテナの垂直方向の角度を設定することができる。詳しくは、第１の回転体と第２の回転体とを同一方向に回転させることで、指向性アンテナの垂直方向の角度θａを一定とし、指向アンテナの方位角θｂを設定することができ、かつ第１の回転体を固定し、指向アンテナの方位角θｂを一定として第２の回転体を回動させることで、指向アンテナの垂直方向の角度θａを設定することができる。第１と第２の回転体は制御手段で第１と第２の駆動手段（モータ）を制御することにより駆動する。第１と第２の駆動手段（モータ）は、第１と第２の回転体は回転軸中心が等しく、第１と第２の駆動手段（モータ）の回転をタイミングベルトで第１と第２の回転体に伝達することができるし、また、モータの電源線や信号線等のケーブルをブラシとスリップリングとを利用して電気的に接続する必要がなく、指向アンテナのケーブルを基台内に設けたロータリージョイントを介して送受信機に接続するとともに、第１と第２の駆動手段は該基台外周に設けて前記制御手段に接続することによって、ノイズの発生要因、或いはブラシやスリップリングの摩耗等の要因による接触不良が解消し得る作用を有する。また、第１の回転体である台座には、その回転軸中心と同一の軸中心とする第２の回転体にカム板が設けられ、第２の回転体の回転運動をカム板で指向アンテナの後端部に設けたカムフォロアーと接触させて垂直運動に変換するようにし、指向アンテナの垂直方向の角度θａを調整し得るようになされている。なお、カムフォロアーとカム板等によるカム機構は、回転運動を垂直運動に変換する公知の機構が適用し得る。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記制御手段が、前記第１と第２の駆動手段を制御し、前記第１の回転体の回転を停止させて前記第２の回転体を回転させ、該指向アンテナの垂直方向の角度を設定する手段と、
前記第１と第２の回転体を同一方向に回転させて、前記指向アンテナの方位角を調整する手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の指向アンテナ駆動装置である。
【００１０】
請求項２の発明では、制御手段が第１と第２の駆動手段を制御することによって、第１の回転体の回転を停止させ、第２の回転体を回動させて、指向アンテナの垂直方向の角度θａを設定する手段と、第１の回転体と第２の回転体とを同一方向に回転させて、指向アンテナの垂直方向の角度を一定として方位角θｂを調整する手段とを備えており、第１の回転体の回転を停止させて指向性アンテナの方位角θｂを一定とし、第２の回転体を回転させることで、指向アンテナの垂直方向の角度θａを変化させることができる。また、第１と第２の回転体の直径が略等しいので、第１と第２の回転体を同一方向に等しい角度だけ回動させると、指向アンテナの垂直方向の角度θａを変化させることなく、指向性アンテナの方位角θｂを調整することができる。
【００１１】
また、本発明では、カム板がカムフォロアーに接触する部分の傾斜部を円弧状としたものであり、指向アンテナの後端部に設けたカムフォロアーがカム板に接触することにより、第２の回転板が回転することに連れてカム板が移動し、カム板に接触したカウフォロワーが垂直運動をすることで、指向アンテナの垂直方向の角度θａを調整することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る指向アンテナ駆動装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態の斜視図であり、図２，図３はその実施形態の説明のための概略断面図である。
【００１６】
本実施形態の指向アンテナ駆動装置について、図１〜図３を参照して説明する。ホーンアンテナ１ａは、台座２３に立設された支持板６に回動自在に架橋状に支持されている。台座２３は、基台２１に軸受２２で回転自在に設けられた回転体である。軸受２２はころがり軸受、クロス軸受等の種々のものが用いられ、台座２３と基台２１との回転機構は実施形態に限定するものではない。台座２３には回転体２５が回転自在に設けられ、回転体２５には円弧状のカム板２６が設けられ、カム板２６の展開図が略三角形状であり、三角形状のカム板２６の一辺が回転体２５に固定されている。或いは、カム板２６の展開図は台形状であってもよい。回転体２５の外周には、回転体２５と一体の歯車２５ａが設けられている。ホーンアンテナ１ａの他端部１ｃには、カムフォロアー２７が設けられ、他端部１ｃと回転体２３とには、引張りバネ３２が設けられて、カムフォロアー２７がカム板２６に接触して、カム機構が形成されている。カムフォロアー２７が接触する部分のカム板２６は、直線状の傾斜部であり、滑らかな曲線状としてもよい。
【００１７】
なお、カムフォロアー２７をカム板２６に接触させる手段は、この方法に限定されるものではない。支持板６にねじりコイルばねを取り付け、軸２８に回転方向の力をかけることによっても可能である。また、固定局であれば、カムフォロアー２７側が重くなるようにホーンアンテナ１ａにおける軸２８を重心位置からずらした位置に設定することも、また、重りを付けることによっても可能である。さらには、カム板の上辺をカムフォロアーが押圧されながら接触させる方法以外にも、カム板に溝が切られている間をカムフォロアーが滑動する形式であってもよい。
【００１８】
また、ホーンアンテナ１ａのケーブルは、台座２３の中央に設けられたロータリージョイント１４を介して送信機又は受信機１９に接続されている。
【００１９】
回転体である台座２３の側壁には、台座２３と一体の歯車２３ａが設けられ、歯車２３ａは、歯付きベルトであるタイミングベルト２９が水平駆動用モータ３１の回転軸に設けられた駆動プーリ３０と掛け渡されている。また、回転体２５の側壁に設けられた歯車２５ａには、歯付きベルトであるタイミングベルト３３が垂直駆動用モータ３５の回転軸に設けられた駆動プーリ３４に掛け渡されている。水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５とは、ホーンアンテナ１ａの方位を設定したり、或いはホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度を調整するための駆動装置であって、これらのモータは制御装置３６で制御されている。なお、水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５は、例えばステッピングモータが好ましい。
【００２０】
次に、本実施形態の指向アンテナ駆動装置の動作について説明する。本実施形態の指向アンテナ駆動装置は、送信用アンテナの駆動装置である場合、ヘリコプター等の飛行体に搭載されている。ホーンアンテナ１ａは、基地局の受信アンテナに指向させて電波を送信する。飛行体の高度及び基地局との方位は、刻々と変化するので、飛行体に搭載されたホーンアンテナ１ａが基地局方向に向くように、制御装置３６により水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５とが制御されている。通常飛行体の機首方向の方位を基準として、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａ及び方位角θｂが制御されている。
【００２１】
図１では、飛行体に搭載されたホーンアンテナ（指向アンテナ）１ａのカムフォロアー２７がカム板２６の中央に位置しており、ホーンアンテナ１ａは水平方向を向いている。なお、本説明では、飛行体での説明であるため、アンテナは機体下部に取り付けられる。従って、説明では図と上下逆になる。例えば、垂直駆動用モータ３５が駆動して、回転体２５を右方向に回動させると、カム板２６は回転体２５の回動に連れて右方向に回動し、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａは次第に大きくなる。また、回転体２５を逆方向に回動させると、ホーンアンテナ１ａの角度θａは次第に小さくなって、水平方向を向き、さらに回転体２５を回動させると、ホーンアンテナ１ａの角度θａは最小となる。すなわち、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａを制御するには、台座２３の回転を停止させて、カム板２６が設けられた回転体２５を回動させることで制御することができる。
【００２２】
なお、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａの制御は、飛行体の高度のみならず、飛行体が基地局に対して接線方向から左旋回を行う場合、飛行体が右肩上がりに傾斜するので、ホーンアンテナ１ａを基地局に向けるには、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａが制御される。このように飛行体の傾斜によっても垂直方向の角度θａを制御する必要がある。
【００２３】
一方、ホーンアンテナ１ａの方位角θｂのみを制御する場合、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度を一定とし、方位角θｂを制御する必要がある。従って、ホーンアンテナ１ａが設けられている台座２３を所定方向に回動させると同時に、カム板２６が設けられた回転体２５を、台座２３と同一方向に同じ角度だけ回動させることにより、ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａを一定として方位角θｂのみを制御することができる。
【００２４】
ホーンアンテナ１ａの垂直方向の角度θａと方位角θｂの制御は、制御装置３６からの制御信号によって、水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５とを駆動して制御している。アンテナ駆動装置が飛行体に搭載されている場合、飛行体が搭載しているＧＰＳ（Global Positioning System）等を利用した測位装置（位置測定装置）からの測位信号によって、飛行体から基地局の距離と方位とを計測し、その方位信号と飛行体の高度信号或いは距離等によって、ホーンアンテナ１ａを基地局に正確に向けるように、水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５とを制御することができる。また、飛行体のＧＰＳで受信した緯度経度高度情報をホーンアンテナまたは別に設置した無指向性アンテナを使って基地局に送ることにより、この緯度経度高度情報にもとづき、基地局側からも飛行体へホーンを追尾させることもできる。
【００２５】
一方、本実施形態は、送信用アンテナの駆動装置としてのみならず、基地局の受信用指向アンテナの駆動装置として利用することができる。飛行体に搭載された送信用アンテナ（ホーンアンテナ）１ａから送信される電波を受信用アンテナ（ホーンアンテナ）２ａで受信する際に、受信用アンテナ（ホーンアンテナ）２ａで受信した電界強度が最も強い方向に、すなわち、主ローブを捉えるように水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５を駆動して、受信用アンテナを飛行体の送信アンテナの方向に追尾する。この実施形態での制御信号は、制御装置３６において、最も強い電界強度を探索して、水平駆動用モータ３１と垂直駆動用モータ３５とを駆動して、主ローブを捉えるように制御することで、送信アンテナを追尾することができる。
【００２６】
なお、基台２１と台座２３とは、それぞれ軸受の外輪と内輪とに結合されるが、飛行体に搭載される指向アンテナ駆動装置では、軸受２２として、例えば円錐ころ軸受等が好ましい。さらには、上記実施形態では、基台２１と台座２３とが一箇所の軸受で接続されているが、軸受を二箇所設けて接続してもよい。また、上記実施形態では、回転体がタイミングベルトで動力を伝達する構成であるが、この実施形態に限定することなく、ベルトに変えてチェーンであってもよいし、さらには歯車同士を噛合させて駆動させてもよいことは明らかである。
【００２７】
さらに、本実施形態では、カム板２６が片側のみの傾斜となっているが、カム板２６の展開形状が略二等辺三角形であって、その底辺を回転体２５に固定するようにして、回転体２５が３６０°回転可能なように、カム板の両側に傾斜を設けてもよい。かつ、その頂角部を曲面としてもよいし、平坦にしてもよい。
【００２８】
なお、本実施形態では、指向アンテナの垂直位置センサと水平位置センサについて図示していないが、それぞれのセンサは、第１の回転体および第２の回転体のそれぞれの外周の外縁に近接させて設置し、それぞれの回転体の外縁の一部に切り込み、磁石等、センサで検知可能なマーキングを行い、センサとマーキングが近接した位置を基準位置として記憶する。回転角の制御は、ステッピングモータにより行うため、基準位置を定めればモーターの回転を制御すれば回転体の回転は任意の位置に来る。もちろん、回転体の回転角の制御は、この方法に限られるものではなく、モーターや回転体の回転軸にロータリエンコーダ等を取り付けるような方法であってもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、動作の説明を行う都合上、第１の回転体の動作が完了した後で、第１の回転体が停止して第２の回転体が動作するような説明にしているが、両回転体は独立に回転できるものであるため、実際には両回転体が同時に回転を始め、ホーンを目的方向へタイムラグなく指向させる。
【００３０】
以上、実施例を飛行体について説明したが、本実施例は飛行体に限らず船舶、車両等、広く移動体にそのまま適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、回転軸中心が等しい２つの回転体が設けられ、一方の回転体に指向アンテナが回動自在に設けられて方位角を制御し得るようになされ、かつ他方の回転体の回転運動を指向アンテナの垂直運動に変換するカム機構が設けられ、これらの回転体をモータで回転させて、指向アンテナの方位角と垂直方向の角度とを調整するものであり、それぞれの回転体は、モータの動力の伝達をベルト伝動等で行っており、モータのギヤ等の駆動機構を回転体自体に設ける必要がなく、モータの電源線等の配線をブラシとスリップリングとを用いて電気的に接続し、電力の供給等を行う必要がなく、摺動部を設ける必要がないので、ノイズが発生しないし、耐久性に富む利点がある。
【００３２】
また、本発明によれば、指向アンテナの垂直方向の角度と方位角とを同時に制御することができるので、従来より高速に追尾することができる利点がある。さらに、指向アンテナの垂直方向の角度の制御を、回転運動を垂直運動に変換するカム機構としたことで、モータのギヤ等の駆動機構を回転体に設ける必要がなくなり、また、ブラシとスリップリングとによる摺動部をなくすことができ、基台内にノイズの発生源がなくなるとともに、信頼性の高い指向アンテナ駆動装置を提供することができ、しかもコストを安価なものとすることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の指向アンテナ駆動装置の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の要部断面図である。
【図３】 本実施形態の要部断面図である。
【図４】本発明の指向アンテナ駆動装置の説明図である。
【図５】従来の指向アンテナ駆動装置の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の指向アンテナ駆動装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１ 飛行体
１ａ 送信用指向アンテナ（ホーンアンテナ）
１ｂ 送信側の指向アンテナ駆動装置
２ 基地局
２ａ 受信用指向アンテナ（ホーンアンテナ）
２ｂ 受信側の指向アンテナ駆動装置
２１ 基台
２３ 台座（第１の回転体）
２２，２４ 軸受
２５ 回転体（第２の回転体）
２６ カム板
２７ カムフォロアー
２８ 軸
２９，３３ タイミングベルト
３０，３４ 駆動歯車
３１ 水平駆動用モータ
３２ 引張りバネ
３５ 垂直駆動用モータ
３６ 制御装置

Claims (2)

1. 移動体に搭載して送信又は受信用指向アンテナを所定方向に向ける指向アンテナ駆動装置において、
   基台に設けられ、該指向アンテナを水平方向に回転させる第１の回転体と、
   該第１の回転体と等しい回転軸中心に、該指向アンテナの垂直方向の角度を設定するため水平方向に回転させる第２の回転体と、
   前記指向アンテナの後端部を引張りバネで前記第１の回転体に接続するとともに、該後端部に設けたカムフォロアーと接触させて該指向アンテナの垂直方向の角度を設定するための前記第２の回転体の一部に湾曲に沿って設けられ、該接触部分を傾斜部としたカム板と、
   前記第１と第２の回転体を双方向に回転させて該指向アンテナの方位角及び／又は垂直方向の角度を調整する第１と第２の駆動手段と、
   前記第１と第２の駆動手段を制御して該指向アンテナの方位角及び垂直方向の角度を設定する制御手段とを備え、
   前記指向アンテナのケーブルを前記基台内に設けたロータリージョイントを介して送受信機に接続するとともに、前記第１と第２の駆動手段は該基台外周に設けて前記制御手段に接続することを特徴とする指向アンテナ駆動装置。
2. 前記制御手段が、前記第１と第２の駆動手段を制御し、前記第１の回転体の回転を停止させて前記第２の回転体を回転させ、該指向アンテナの垂直方向の角度を設定する手段と、
   前記第１と第２の回転体を同一方向に回転させて、前記指向アンテナの方位角を調整する手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の指向アンテナ駆動装置。

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